Sicherlich fragen sich viele, was das mit dem ist thermische Leistung oder thermische Effizienz, wie er berechnet werden kann oder wie viel der Motor Ihres Fahrzeugs hat. All diese Zweifel sind verständlich, da die Effizienz eines Motors davon abhängt. Das heißt, die Fähigkeit, die vom Kraftstoff bereitgestellte Energie in echte mechanische Leistung umzuwandeln.
Ferner nicht zu verwechseln mit dem volumetrischen Wirkungsgrad eines Motors, das ist das Verhältnis zwischen der in den Zylinder gesaugten Luft und dem Volumen, das er gemäß der enthalten könnte Cilindrada vom selben. Dies ist ein weiterer Faktor, der direkt in die Leistung eingreift, weshalb Saugmotoren bei gleichem Hubraum weniger Leistung erzielen als aufgeladene (Turbo-)Motoren.
Wie hoch ist der thermische Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors?
La thermischen Wirkungsgrad eines Motors ist die Fähigkeit eines Motors, die Energie, die der Kraftstoff bei der Verbrennung liefert, in mechanische Leistung umzuwandeln. Alle Designer hoffen, einen Motor mit 100 % Effizienz zu schaffen, da dies ideal wäre. In der Praxis ist dies jedoch nicht möglich, da die Effizienz durch die Reibung der Teile, den Verlust in Form von Wärme usw. beeinträchtigt wird.
Bei Straßenautos Benzinmotoren haben eine thermische Leistung oder einen Wirkungsgrad von 30 %. Das bedeutet, dass 30 % der durch Benzin bereitgestellten Energie tatsächlich zur Stromerzeugung verwendet werden, der Rest wird als Wärme verschwendet.
Im Fall von Dieselmotor, ist der Wirkungsgrad mit 40 % etwas besser, da sie eine höhere Verdichtung aufweisen. Damit sind sie etwas effizienter als Benziner, wenn auch kein allzu hoher Wert.
Derzeit haben sie erreicht Effizienzverbesserungen durch Hybridsysteme erheblich. Zum Beispiel der thermische Wirkungsgrad in der Formel 1 ist es viel höher, dank der Ankunft der V6-Turbomotoren mit MGU-K und MGU-H. Konkret ist er von 30 % auf herkömmliche Benzinmotoren angestiegen ungefähr 50%. Das bedeutet, dass die Hälfte der Energie, die der Kraftstoff liefert, verbraucht wird.
Dieser besondere Fall ist eine Folge der Einbeziehung von Systemen wie dem MGU-K, oder regenerative Bremse, die in der Lage ist, Energie aus dem Bremsen zu gewinnen, und aus der MGU-H, der auch die Energie der Abgase nutzt.
Ideale, effektive und maximale Wärmeleistung
1824 der Physiker Der Franzose Sadi Carnot, untersuchten den thermischen Wirkungsgrad einer idealen Wärmekraftmaschine als Funktion der Temperatur zwischen den heißen und kalten Quellen. Dies wird derzeit angewendet, um den Wirkungsgrad oder die thermische Leistung einer beliebigen Wärmekraftmaschine zu berechnen, unabhängig davon, ob es sich um eine Wärmepumpe, einen Verbrennungsmotor oder ein Kühlsystem handelt. Obwohl wir uns in diesem Artikel angesichts des Themas AM auf Verbrennungsmotoren konzentrieren werden.
Darüber hinaus gibt es drei Arten von Wärmeleistung Wenn du darüber sprichst ein Otto- oder Dieselmotor:
- Ideal: ist definiert als das Verhältnis zwischen der in Nutzarbeit umgewandelten Energiemenge und der zugeführten Energiemenge. Nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik kann kein Motor seine gesamte Energie in mechanische Arbeit umwandeln. Daher gibt es in der Praxis keinen Motor mit idealem thermischen Wirkungsgrad.
- Bargeld: Ist die tatsächliche Wärmeleistung eines Motors.
- Maximum: ist die maximale Leistung eines Motortyps, zum Beispiel die oben genannten 30 % und 40 % (ca.) für Benzin und Diesel. Mit anderen Worten, die architektonischen oder einschränkenden Einschränkungen eines Typs thermischer Maschine.
Thermischer Dieselwirkungsgrad vs. Benzin
Der thermische Wirkungsgrad in einem Motor Otto-Zyklus (Benzin) ist nicht dasselbe wie bei einem Motor Dieselzyklus. Sie verhalten sich thermodynamisch unterschiedlich und weisen dadurch Unterschiede im Wirkungsgrad auf. Außerdem ist ein alternativer 4-Takt-Motor nicht gleich Wankelmotor etc.
Otto-Zyklus
in einem Motor von Otto-Zyklus, was den thermodynamischen Zyklen für Benzin-, Ethanol- oder Gasmotoren entspricht, unabhängig davon, ob es sich um 2-Takt- (1 Kurbelwellenumdrehung) oder 4-Takt- (2 Kurbelwellenumdrehungen) Motoren handelt. Bei diesen Motoren gibt es eine Reihe von Stufen wie Ansaugen, Verdichten, Verbrennung oder Zündung, Expansion und Flucht.
Bei diesen Motoren der Wirkungsgrad oder das thermische Verhalten kommt auf die an Kompressionsrate, also zwischen dem Verhältnis zwischen maximalem und minimalem Volumen der Brennkammer. Je höher das Verhältnis, desto besser der Wirkungsgrad, obwohl auch hochoktanige Kraftstoffe benötigt würden, um ein Phänomen zu vermeiden, das als Detonation (Selbstzündung des Kraftstoffs vor der Zündkerze) bekannt ist.
Kurz gesagt, die durchschnittliche Wärmeleistung eines guten 4-Takt-Ottomotors liegt dazwischen 25 und 30%, je nach Motortyp und Hersteller.
Dieselzyklus
diese Dieselzyklus Es erstellt auch das thermische Verhaltensdiagramm für einen 4-Takt- oder 2-Takt-Dieselmotor. In diesem Fall gibt es einige Besonderheiten, zu denen das höhere Verdichtungsverhältnis im Vergleich zu Benzinmotoren hinzukommt. Daher reicht der thermische Wirkungsgrad in diesem Fall von 30 bis 45 %.
Als Neugier, der effizienteste Dieselmotor der Welt derzeit ist er 5 Meter hoch und 9 Meter lang und hat 13.142 PS. Es geht um Wärtsilä 31, hergestellt in Finnland und für Marinezwecke bestimmt. Dieser Motor verbraucht etwa 38.8 Tonnen Kraftstoff pro Tag, was unverschämt erscheint, aber es ist nicht so viel, wenn man über diese Art von Masse für Boote spricht ...
Ist eine 100 % effiziente Wärmekraftmaschine möglich?
Diese Frage kommt sehr häufig vor, und die Wahrheit ist, dass es nicht möglich ist, einen Motor oder eine Maschine mit einem zu bekommen 100% Ausbeute. das ist nur theoretisch. Das Erreichen einer perfekten Maschine wäre eine ziemliche Leistung und würde den Energieverbrauch senken, aber das würde bedeuten, einen Motor zu schaffen, der so effizient ist, dass er die gesamte Energie des Kraftstoffs in Bewegung umwandeln kann.
Bei echten Motoren ist dies jedoch nicht der Fall, da Reibung zwischen den Teilen, die entweichende Wärme usw. Mit verbesserten Schmierstoffen, neuen Motorarchitekturen, InjektionstechnologienUsw. Effizienz wird verbessert, aber es ist unmöglich, diese 100% zu erreichen.
Und natürlich ist es auch nicht möglich, einen Motor mit thermischem Wirkungsgrad zu erreichen über 100%, da dies so wäre, als würde man sagen, dass neue Energie gewonnen wird, was direkt gegen den ersten Hauptsatz der Thermodynamik verstößt.
Berechnung des thermischen Wirkungsgrades
zu Berechnen Sie den thermischen Wirkungsgrad oder die thermische Leistung eines Motors Entweder muss die Carnot-Formel angewendet werden:
Dabei ist Th die Temperatur der heißen Quelle der Maschine, in diesem Fall des Verbrennungsmotors, und Tc die Temperatur der kalten Quelle. Daraus folgt, dass die Temperatur zwischen heißem und kaltem Fluid möglichst unterschiedlich sein muss, um einen höheren Wirkungsgrad zu erreichen.
Dies ist offensichtlich sehr allgemein, und wenn Sie sich auf einen bewerben möchten Verbrennungsmotor wie bei Autos, dann müsste die Formel so lauten:
In diesem Fall ist W die geleistete Arbeit, Qc die heiße Quelle oder Quelle, Qf die kalte Quelle, an die der Motor Wärme abgibt. Damit der Energieerhaltungssatz nicht verletzt wird, muss außerdem erfüllt sein, dass der heiße Fokus gleich der Arbeit ist, die der Wärme des kalten Fokus hinzugefügt wird. Und es gilt immer 0<η<1. Andererseits sollte auch klar sein, dass die Arbeit (W) gleich der Wärmezufuhr minus der Wärmeabgabe ist.
Eine andere Möglichkeit, den Wirkungsgrad eines Motors zu berechnen, ist die Kenntnis des Nutzleistung und verbrauchte Leistung in kW. Dies ist der Schlüssel Verdichtungsverhältnis des Motors, denn je höher er ist, desto besser ist der Wirkungsgrad.
von ejemplo, wenn Sie 200 J thermische Energie als Wärmezufuhr haben und der Motor 80 J Arbeit verrichten kann, dann ist 80/200 = 0.4 (0.4 x 100 = 40 % Wirkungsgrad). Dasselbe würde passieren, wenn die Wärme des Motorabgases gemessen wird, wenn beispielsweise die in den Motor eingebrachte Energie 200 J durch den Kraftstoff beträgt und eine Abgasleistung von 120 J beobachtet wird, dann beträgt die verrichtete Arbeit 80 J ( 200 -120) und der Wirkungsgrad beträgt 40 %, denn wenn Sie 120/200 = 0.6 teilen, ist das die verschwendete Energie, die nicht in Arbeit umgewandelt wird...